[发明专利]一种发光二极管的外延结构及制造其光栅层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，特别涉及一种发光二极管的外延结构及制造其光栅层的方法。

背景技术

基于发光二极管（LED）的固体照明光源，由于功耗低、寿命长、体积小以及可靠性高而备受青睐，在液晶显示器、一般照明及室外显示设备上都有着广泛的应用。同时LED灯作为一种节能环保的固体光源，具有广阔的应用前景。

虽然GaN基LED已经产业化，但与白炽灯，荧光灯等照明光源的通用性相比，LED芯片还存在出光效率低的问题，这是由于LED有源层的半导体材料相比空气的高折射率，光在LED介质与空气的界面会发生全反射，大部分光不仅不能从LED中发射出来，反而在器件内部传播，被基底或有源层吸收转化为热能而消耗掉。因此如何采取有效措施使这部分光逃逸出来，减少界面间的全反射是提高LED出光效率的很重要的一个问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种发光二极管的外延结构及制造其光栅层的方法，用于减少界面间的全反射和提高二极管出光效率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种发光二极管的外延结构，包括从下至上依次沉积的衬底、过渡层、u型半导体层、n型半导体层、多量子阱层和p型半导体层，在所述p型半导体层的顶部沉积一层带有密集孔洞的光栅层。

本发明的技术方案还包括一种制造上述技术方案中所述光栅层的方法，包括以下步骤：在500℃～700℃温度下沉积一层高掺铟的InGaN层，沉积后相邻的铟元素形成铟团簇；在900℃～1050℃温度下，蒸发掉铟团簇，形成带有密集孔洞的光栅层。

本发明的有益效果是：本发明的光栅层内部具有非规则形状的密集孔洞，单一波长的光经过p型半导体层出光后，经过光栅层发生衍射，增强出光。同时衍射光线相互间发生干涉，出光光强集中在垂直界面方向，能够减少LED与其它介质界面间的全发射，也能增强出光效率。

附图说明

图1为本发明所述发光二极管的外延结构的示意图；

图2为本发明所述发光二极管的外延结构的光栅层示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、衬底，2、过渡层，3、u型半导体层，4、n型半导体层，5、多量子阱层，6、p型半导体层，7、光栅层，8、孔洞。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本实施例提供了一种发光二极管的外延结构，包括从下至上依次沉积的衬底1、过渡层2、u型半导体层3、n型半导体层4、多量子阱层5和p型半导体层6，在所述p型半导体层6的顶部沉积一层带有密集孔洞8的光栅层7，并且光栅层7内部的孔洞8可以是非规则形状的。

如图2所示，即为本实施例中光栅层的结构。对于上述的发光二极管的外延结构，本实施例还提供了其制造方法，包括：

步骤1：1000～1100℃时，在MOCVD反应炉中将衬底1进行烘烤；

步骤2：在530～550℃时，在衬底1上沉积过渡层2；

步骤3：在1100℃左右，在过渡层2上依次沉积u型半导体层3和n型半导体层4；

步骤4：在750℃左右，在n型半导体层上沉积多量子阱层5；

步骤5：在800～1000℃时，在所述多量子阱层5上沉积p型半导体层6；

步骤6：在500℃～700℃温度下沉积一层富含铟的InGaN层，沉积后其中相邻的铟元素形成铟团簇，之后加热至在900℃～1050℃温度下，蒸发掉铟团簇，形成带有密集孔洞的孔型的光栅层；

步骤7：温度冷却到室温后，再将温度升高到500℃左右，将发光二极管在氮气中退火10min。

其中步骤6即为制造本发明中所述光栅层的方法。

对于上述各步骤，本实施例还提供了除光栅层外的各层的一些实施方式，如下：

所述过渡层为GaN层；

所述u型半导体层为未掺杂的GaN层；

所述n型半导体层为掺杂Si的n型GaN层，其中Si的掺杂浓度为1×10¹⁷/cm³～5×10²²/cm³；